CP破壞

CP破壞是物理學，尤其是粒子物理學中的一個術語和定理。它說明弱相互作用下，宇稱不守恆。CP破壞在理解粒子層次結構及其相互作用性質方面非常重要，而且在解釋世界以正物質（而非反物質）為主這一事實方面也是十分必要的。人們正以極大興趣尋找標準模型外CP破壞的來源。

基本介紹

• 中文名：CP破壞
• 外文名：Strong CP violation
• 概述：是粒子物理學中的一個術語和定理
• 學科：物理學
• 特性：明弱相互作用下，宇稱不守恆
• 範疇：數理科學

概念

三代夸克的矩陣包含一個相因子。在標準模型中，非零的相因子將導致破壞。這就是說，相應夸克躍遷振幅在正反粒子電荷和空間奇偶反演聯合變換下不具有不變性。破壞在理解粒子層次結構及其相互作用性質方面非常重要，而且在解釋世界以正物質（而非反物質）為主這一事實方面也是十分必要的。人們正以極大興趣尋找標準模型外破壞的來源。

至今為止，僅在介子衰變中以千分之幾的微弱效應觀察到破壞現象。儘管觀察結果同標準模型預期一致，但是，實驗尚不能證實：矩陣是這種衰變發生破壞的可能解釋之一。事實上，標準模型以外的一些理論同樣可以解釋已有的衰變數據。值非常之小，但是，已測知其值不為零，約為。這個矩陣元不為零非常重要，否則標準模型將預期不存在破壞。此外，標準模型預期：介子衰變具有較大的破壞不對稱性。尋找介子衰變破壞的實驗計畫已在一些國家開始。

破壞

1964年詹姆斯·克羅寧和瓦爾·菲奇提供了明顯的CP對稱也被破壞的跡象。為此他們於1980年獲得諾貝爾獎。他們的發現顯示弱相互作用既破壞了反粒子共軛運算C，同時也破壞了宇稱P。這個發現對粒子物理學帶來了巨大的衝擊，至今為止它為粒子物理學和宇宙學的核心問題打開了大門。CP被微弱地破壞了，但是與此同時又幾乎保持了守恆是一個重要的未解之謎。

克羅寧、菲奇等在一個K介子衰變的實驗中發現了CP對稱的破壞，在這個物理現象中只有一個更弱的對稱被保存了，即CPT對稱。在CPT對稱中除C和P外還有一個第三個運算符號，即時間反演（T）也必須加入。時間反演與運動反演相應。在物理定理中時間反演對稱表示任何運動的反運動也同樣存在。因此CPT對稱被看作組成所有基本反應形式的精確對稱。由於CPT對稱任何破壞CP對稱的反應也破壞T對稱。也就是說任何破壞CP對稱的反應的逆反應發生的可能性與原反應不同。CPT對稱被看作是量子場論中的一個基本定理，在這裡反粒子共軛運算、宇稱和時間反演同時運用。

美國斯坦福直線加速器中心和日本高能加速器研究機構的一代新的試驗使用B介子也發現了CP破壞[1]。此前至少理論上有可能CP破壞僅限於K介子。這些試驗無疑地證明了標準模型理論中的反應破壞CP。

通過在CKM矩陣中加入一個複數項標準模型理論可以包含CP破壞。而這個複數項的引入（也就是CP破壞的引入）則表明至少有三代夸克。

至今為止仍然沒有任何發現量子色動力學破壞CP的試驗。

強CP問題

為什麼在量子色動力學中CP不被破壞是粒子物理學中的一個謎。這個問題被稱為強CP問題。

量子色動力學不像電弱相互作用那么容易破壞CP。電弱相互作用里的規範場與費米子場組成的手性流相關，而量子色動力學中的膠子則與矢量流相關。至今為止沒有任何顯示量子色動力學破壞CP的試驗跡象。比如假如強相互作用廣泛破壞CP的話那么中子電偶極矩將相當於10 em（em是電子乘米），而試驗數據證明中子電偶極矩比這個數據至少小上十億倍。

問題在於在量子色動力學中有一些公式理論上允許破壞CP。

在上面的量子色動力學公式中假如角θ和手性夸克質量相θ'不為零的話則CP可以被破壞。一般認為θ'可以被轉化為的一部分。為什麼這個角的值在自然界裡無限小，而不是一個比較大的值至今沒有任何解釋。θ被選擇為近乎零是物理學中精調的一個例子。

強CP問題最著名的解決方案是帕西-奎恩理論，這個理論引入了一個新的名為軸子的標量粒子。